FR2769702A1 - DEVICE FOR DETECTING THE TURNING ANGLE OF A MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Dispositif caractérisé en ce que les premiers moyens sont constitués par un aimant permanent (10) solidaire mécaniquement de la colonne de direction (1) et tournant avec celle-ci devant un capteur de signal fin (11), sensible à la direction du champ magnétique et détectant la position angulaire de la colonne, le capteur de signal fin (11) fournit un signal fin analogique correspondant à la position angulaire de la colonne de direction (1) et, le second moyen est une barre de couplage par exemple la barre (2) à laquelle est associée une installation de capteurs de signal grossier (5, 9) qui détecte le déplacement de la barre de couplage (2) dans toute la plage de réglage, selon les zones partielles (a-h) et la direction de déplacement, par une détection sans contact fournissant des signaux grossiers numériques.Device characterized in that the first means consist of a permanent magnet (10) mechanically integral with the steering column (1) and rotating with the latter in front of a fine signal sensor (11), sensitive to the direction of the magnetic field and detecting the angular position of the column, the fine signal sensor (11) supplies an analog fine signal corresponding to the angular position of the steering column (1) and, the second means is a coupling bar for example the bar ( 2) to which is associated an installation of coarse signal sensors (5, 9) which detects the displacement of the coupling bar (2) throughout the adjustment range, according to the partial zones (ah) and the direction of movement, by contactless detection providing rough digital signals.
Description
I Etat de la technique L'invention concerne un dispositif de détection deI State of the Art The invention relates to a device for detecting
l'angle de braquage d'un véhicule automobile comprenant une colonne de direction, une transmission de direction et des barres de couplage, des premiers moyens fournissant un signal fin représentant la position angulaire de la colonne de direction et des seconds moyens fournissant un signal grossier indiquant le nombre de rotations de la colonne de direction dans l'un ou l'autre sens de rotation, et par com-10 binaison du signal fin et du signal grossier, on détermine the steering angle of a motor vehicle comprising a steering column, a steering transmission and coupling rods, first means providing a fine signal representing the angular position of the steering column and second means providing a coarse signal indicating the number of rotations of the steering column in either direction of rotation, and by combining the fine signal and the coarse signal, it is determined
l'angle de braquage ou angle de direction. steering angle or steering angle.
Pour certains systèmes de sécurité des véhicules For certain vehicle safety systems
automobiles comme par exemple pour la régulation de la dyna- automobiles such as for the regulation of the dyna-
mique de roulement (suspension) pour des raisons de sécurité, immédiatement après l'actionnement de la clé de contact du bearing (suspension) for safety reasons, immediately after actuation of the ignition key
véhicule, il faut avoir la position instantanée du volant. vehicle, you must have the instantaneous position of the steering wheel.
Dans de tels véhicules automobiles, il faut des capteurs de In such motor vehicles, sensors are required.
l'angle du volant car les capteurs absolus permettent de re- the angle of the steering wheel because the absolute sensors allow
connaître l'angle sans équivoque, directement après la mise en route. Un capteur d'angle de braquage ou angle du volant know the unequivocal angle, directly after start-up. Steering angle sensor or steering wheel angle
est connu selon le document PCT/DE 95/00343. is known according to document PCT / DE 95/00343.
Ce capteur connu pour la détection de l'angle du volant d'un véhicule automobile comporte un premier disque codé, détecté par un premier nombre de capteurs et tournant à la même vitesse que le volant. Un second disque de codage tourne à une vitesse égale à un quart de celle du premier disque de codage et porte trois pistes codées détectées par un second nombre de capteurs. Un microcontrôleur reçoit le signal de sortie du capteur associé au premier disque codé pour fournir le signal fin alors que les seconds capteurs fournissent le signal grossier qui ne se répète qu'après une This sensor known for detecting the angle of the steering wheel of a motor vehicle comprises a first coded disc, detected by a first number of sensors and rotating at the same speed as the steering wheel. A second coding disc rotates at a speed equal to a quarter of that of the first coding disc and carries three coded tracks detected by a second number of sensors. A microcontroller receives the output signal from the sensor associated with the first coded disc to provide the fine signal while the second sensors provide the coarse signal which is repeated only after a
rotation d'angle de 720 , c'est-à-dire 1440 . Par une com- angle rotation of 720, i.e. 1440. By a com-
binaison appropriée entre des signaux fin et grossier, on peut avoir à tout instant une détermination angulaire non appropriate pairing between fine and coarse signals, one can have at any time an angular determination not
équivoque.ambiguous.
Ce capteur connu servant à détecter l'angle du volant utilise des disques de codage ayant des cavités en des This known sensor used to detect the angle of the steering wheel uses coding discs having cavities in
endroits prédéterminés; ces cavités constituent le code pro- predetermined locations; these cavities constitute the code pro
prement dit. Comme capteurs on utilise des barrières à effet Hall coopérant chaque fois avec un aimant. Les barrières à effet Hall se trouvent ainsi d'un côté du disque codé et les aimants de l'autre côté du disque codé. Le disque codé fonc-5 tionne ainsi comme diaphragme et les barrières à effet Hall émettent des signaux de sortie qui font apparaître si entre really said. As sensors, Hall effect barriers are used which cooperate each time with a magnet. The Hall effect barriers are thus on one side of the coded disc and the magnets on the other side of the coded disc. The coded disc functions as a diaphragm and the Hall effect barriers emit output signals which show whether between
eux et les aimants correspondants se trouve ou non une dé- them and the corresponding magnets is whether or not a
coupe dans le disque codé.cut in the encoded disc.
La disposition connue pour la détection de The known arrangement for the detection of
l'angle de braquage de véhicule connu est très compliquée no- the known vehicle steering angle is very complicated no-
tamment sur le plan de la fabrication et de la construction. particularly in terms of manufacturing and construction.
Lorsqu'un signal grossier est transmis par une transmission commandée par la colonne de direction, on aura des tolérances qui interviendront très fortement dans la précision de l'angle de braquage obtenu. En outre, il faut un couple When a coarse signal is transmitted by a transmission controlled by the steering column, there will be tolerances which will play a very large part in the precision of the steering angle obtained. Also, it takes a couple
d'entraînement approprié pour le dispositif. appropriate training for the device.
La présente invention a pour but de développer un dispositif de détection de l'angle de braquage de véhicules The present invention aims to develop a device for detecting the steering angle of vehicles
automobiles correspondant au type défini ci-dessus, de ma- automobiles corresponding to the type defined above, of ma-
nière à permettre, avec une mise en oeuvre considérablement réduite et un couple d'entraînement pratiquement négligeable, to allow, with a considerably reduced implementation and a practically negligible drive torque,
d'arriver à une saisie plus précise de l'angle de braquage. to arrive at a more precise entry of the steering angle.
Ce problème est résolu selon l'invention en ce This problem is solved according to the invention in that
que les premiers moyens sont constitués par un aimant perma- that the first means are constituted by a permanent magnet
nent solidaire mécaniquement de la colonne de direction et mechanically secured to the steering column and
tournant avec celle-ci devant un capteur de signal fin, sen- turning with it in front of a fine signal sensor,
sible à la direction du champ magnétique et détectant la po- sensitive to the direction of the magnetic field and detecting the po-
sition angulaire de la colonne, le capteur de signal fin fournit un signal fin analogique correspondant à la position angulaire de la colonne de direction et, le second moyen est angular position of the column, the fine signal sensor provides an analog fine signal corresponding to the angular position of the steering column and, the second means is
une barre de couplage par exemple la barre à laquelle est as- a coupling bar for example the bar to which is attached
sociée une installation de capteurs de signal grossier qui détecte le déplacement de la barre de couplage dans toute la plage de réglage, selon les zones partielles et la direction de déplacement, par une détection sans contact fournissant associated with an installation of coarse signal sensors which detects the displacement of the coupling rod over the entire adjustment range, according to the partial zones and the direction of movement, by non-contact detection providing
des signaux grossiers numériques.coarse digital signals.
Dans cette réalisation, la colonne de direction ne porte que les aimants permanents et une barre de couplage porte les bandes magnétiques. Les autres éléments tels que le capteur de signal et le capteur de signal grossier ainsi que les installations d'exploitation sont couplés sans contact au mécanisme de direction et peuvent être installés facilement5 sur des mécanismes de direction différents. Les tolérances au niveau de la colonne de direction entraînée par cardan sont In this embodiment, the steering column only carries the permanent magnets and a coupling bar carries the magnetic tapes. The other elements such as the signal sensor and the coarse signal sensor as well as the operating installations are coupled without contact to the steering mechanism and can be easily installed on different steering mechanisms. The tolerances at the steering column driven by cardan are
ainsi éliminées et l'installation est indépendante de la réa- thus eliminated and the installation is independent of the
lisation de la colonne de direction et de l'interrupteur de reading of the steering column and the switch
la colonne de direction. Si le véhicule est équipé d'une co- the steering column. If the vehicle is equipped with a
lonne de direction coulissante, le dispositif selon lonne of sliding direction, the device according to
l'invention ne gêne pas le comportement à l'écrasement acci- the invention does not interfere with the accidental crushing behavior
dentel de la colonne de direction.lace of the steering column.
L'installation de détection du signal grossier Coarse signal detection system
s'adapte facilement à d'autres démultiplications de la trans- easily adapts to other multiplications of trans-
mission de direction comme par exemple pour les véhicules utilitaires. Un autre avantage de la nouvelle conception est management mission such as for commercial vehicles. Another benefit of the new design is
que le dispositif lui-même ne génère pas de bruit. Les cap- that the device itself does not generate noise. The cap-
teurs n'ont pas à travailler en mode d'attente car lorsqu'on ters do not have to work in standby mode because when
branche la tension en alimentation, l'angle de braquage ins- connects the supply voltage, the steering angle ins-
tantané est détecté par le signal fin analogique et le signal tantane is detected by the fine analog signal and the signal
grossier numérique.rude digital.
La détection de la position angulaire de la co- The detection of the angular position of the co-
lonne de direction devient alors particulièrement simple s'il lonne of direction becomes particularly simple if
est prévu que le capteur sensible à la direction du champ ma- it is expected that the sensor sensitive to the direction of the ma-
gnétique est un capteur AMR (résistance magnétique aniso- gnétique is an AMR sensor (magnetic resistance aniso-
trope) qui fournit un signal fin de type potentiométrique en trope) which provides a fine potentiometric signal in
fonction de la position angulaire de l'aimant permanent. depending on the angular position of the permanent magnet.
La position de la barre de couplage dans la plage de réglage maximale prédéterminée est détectée sans équivoque dans une réalisation car cette barre de couplage porte une bande magnétique subdivisée en fonction des plages partielles de sa plage de réglage en des champs magnétiques ayant des directions de champ différentes et plus particulièrement une bande magnétique est reliée à la barre de couplage, cette bande étant subdivisée en zones partielles en fonction de sa The position of the coupling bar in the predetermined maximum adjustment range is unequivocally detected in one embodiment since this coupling bar carries a magnetic strip subdivided as a function of the partial ranges of its adjustment range into magnetic fields having field directions different and more particularly a magnetic strip is connected to the coupling bar, this strip being subdivided into partial zones according to its
plage de réglage en des champs magnétiques ayant des direc- setting range in magnetic fields having directions
tions de champs magnétiques différentes et un capteur de si- different magnetic fields and a sensor
gnal grossier fournit des signaux grossiers associés aux di- coarse general provides coarse signals associated with di-
rections de champs magnétiques détectées. Selon un développement, les champs magnétiques de rections of magnetic fields detected. According to a development, the magnetic fields of
la bande magnétique ont une largeur correspondant au déplace- the magnetic strip have a width corresponding to the displacement
ment de la barre de couplage pour une demi-rotation de la co- coupling bar for half rotation of the co-
lonne de direction.lonne of direction.
On garantit ainsi un passage rapide dans le code du signal grossier du fait que la bande magnétique est subdi- This guarantees rapid passage through the coarse signal code because the magnetic strip is subdi-
visée en deux moitiés ayant chaque fois le même nombre de10 quatre champs magnétiques et en ce que chaque moitié d'un champ magnétique à l'autre change de sens de champ magnétique de 90 et au milieu de la bande magnétique, la direction des sighted in two halves each having the same number of 10 four magnetic fields and in that each half from one magnetic field to the other changes direction of magnetic field by 90 and in the middle of the magnetic strip, the direction of
champs magnétiques voisins varie de 1350. neighboring magnetic fields varies from 1350.
Il est intéressant de prévoir une bande magnéti- It is interesting to provide a magnetic tape
que réalisée sous la forme d'une bande de polymère, aimantée. as produced in the form of a magnetized polymer strip.
De manière avantageuse, on peut développer le dispositif de façon que le signal fin analogique du capteur de signal fin et le signal grossier numérique du capteur de signal grossier sont appliqués à un convertisseur qui fournit des signaux d'information adaptés de façon correspondante à Advantageously, the device can be developed so that the analog fine signal from the fine signal sensor and the digital coarse signal from the coarse signal sensor are applied to a converter which supplies information signals correspondingly adapted to
l'angle de braquage obtenu à une installation de traitement. the steering angle obtained at a processing facility.
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels: The present invention will be described below in more detail with the aid of an exemplary embodiment shown in the accompanying drawings in which:
- la figure 1 montre schématiquement une commande de direc- - Figure 1 shows schematically a direction command
tion d'un véhicule automobile,tion of a motor vehicle,
- la figure 2 montre un schéma par blocs de principe du dis- FIG. 2 shows a block diagram of the principle of the
positif de détection de l'angle de direction, - la figure 3 montre un exemple de réalisation d'une bande magnétique qui se fixe sur la barre de couplage, - la figure 4 montre un diagramme de tension du capteur de signal fin, - la figure 5 montre un convertisseur améliorant les signaux positive direction angle detection, - Figure 3 shows an example of a magnetic strip that attaches to the coupling bar, - Figure 4 shows a voltage diagram of the fine signal sensor, - the figure 5 shows a converter improving the signals
fin et grossier.fine and coarse.
De la commande direction, la figure 1 ne montre que l'extrémité inférieure de la colonne de direction 1 et la transmission de direction 4 ainsi entraînée. La transmission From the steering control, FIG. 1 shows only the lower end of the steering column 1 and the steering transmission 4 thus driven. The transmission
de direction 4 commande le mouvement des deux barres de cou- steering 4 controls the movement of the two cutter bars
plage 2, 3 de façon qu'un mouvement de rotation de la colonne de direction 1 dans le sens des aiguilles d'une montre dé- place les deux barres de couplage 2, 3 vers la gauche et qu'un mouvement de rotation dans le sens opposé les déplace5 vers la droite. La course de déplacement dépend de l'angle de track 2, 3 so that a rotation movement of the steering column 1 clockwise moves the two coupling bars 2, 3 to the left and that a rotation movement in the opposite direction moves them to the right. The displacement stroke depends on the angle of
réglage a de la colonne de direction 1. adjustment a of the steering column 1.
Selon la figure 2, un aimant permanent 10 est re- According to Figure 2, a permanent magnet 10 is re-
lié solidairement, de manière mécanique à la colonne de di- integrally and mechanically linked to the column of
rection 1 pour qu'il tourne sans jeu avec la colonne de direction 1. Un capteur de signal fin 11 est placé devant l'aimant permanent 10 pour détecter l'angle de réglage a; ce rection 1 so that it rotates without play with the steering column 1. A fine signal sensor 11 is placed in front of the permanent magnet 10 to detect the adjustment angle a; this
capteur est par exemple un capteur AMR, sensible à la direc- sensor is for example an AMR sensor, sensitive to the direction
tion du champ magnétique (capteur à résistance magnétique tion of the magnetic field (magnetic resistance sensor
anisotrope). Le capteur de signal fin 11 reçoit par ses bor- anisotropic). The fine signal sensor 11 receives via its terminals
nes 12, 14 la tension d'alimentation et fournit un signal fin à la sortie 13 selon la figure 4 en fonction de la position angulaire a de la colonne de direction 1 et ainsi de l'aimant nes 12, 14 the supply voltage and provides a fine signal to the output 13 according to FIG. 4 as a function of the angular position a of the steering column 1 and thus of the magnet
permanent 10 en forme de barrette magnétique, montée trans- permanent 10 in the form of a magnetic strip, mounted trans-
versalement par rapport à l'axe longitudinal de la colonne de vertically with respect to the longitudinal axis of the column
direction 1 et symétriquement à celle-ci. direction 1 and symmetrically to it.
Dans l'exemple de réalisation représenté, le cap- In the embodiment shown, the cap-
teur de signal fin 11 fournit en position de repos de la co- fine signal sensor 11 supplies the co-
lonne de direction 1, la valeur inférieure de la tension analogique V. Bien que la colonne de direction 1 est tournée lonne of direction 1, the lower value of the analog tension V. Although the column of direction 1 is turned
dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens con- clockwise or counterclockwise
traire, en fonction de l'augmentation de l'angle, la tension V augmente au cours de la première demi-rotation jusqu'à la milking, depending on the angle increase, the voltage V increases during the first half-rotation until the
valeur maximale. Lors de la demi-rotation suivante, la ten- maximum value. During the next half-rotation, the tension
sion V diminue de manière continue jusqu'à la valeur infé- sion V continuously decreases to the lower value
rieure de la tension. Cela signifie que les demi-rotations d'ordre impaire de la colonne de direction 1 correspondent à une tension croissante et les demi-rotations d'ordre paire tension. This means that the odd-order half-rotations of the steering column 1 correspond to an increasing tension and the even-order half-rotations
par rapport à la position de repos, c'est-à-dire un déplace- relative to the rest position, i.e. a displacement
ment en ligne droite, correspondent à une diminution de la in a straight line, correspond to a decrease in the
tension.voltage.
Pour obtenir la position angulaire de la colonne de direction 1 et ainsi l'angle de braquage instantané, il To obtain the angular position of the steering column 1 and thus the instantaneous steering angle, it
faut que le signal grossier soit codé en fonction des demi- the coarse signal must be coded according to the half
rotations. Pour cela, il est prévu un capteur de signal gros- rotations. A large signal sensor is provided for this.
sier 5 qui est introduit de manière étanche dans la transmis- sier 5 which is sealed in the transmission-
sion de direction 4 et détecte le déplacement de la barre de direction 4 and detects the displacement of the
couplage 2 dans les deux directions de déplacement en fonc- coupling 2 in both directions of travel in function
tion des demi-rotations de la colonne de direction 1. Le cap- teur de signal grossier 5 coopère avec une bande magnétique 9 portée par la barre de couplage 2 et se déplaçant devant le capteur de signal grossier 5. La bande magnétique 9 est une tion of the steering column half-rotations 1. The coarse signal sensor 5 cooperates with a magnetic strip 9 carried by the coupling bar 2 and moving in front of the coarse signal sensor 5. The magnetic strip 9 is a
bande de polymère aimantée subdivisée selon l'exemple de réa- magnetized polymer strip subdivided according to the example of a
lisation de la figure 3 en huit champs magnétiques (a - h) reading of figure 3 in eight magnetic fields (a - h)
qui ont tous des directions du champ magnétique différentes. all of which have different magnetic field directions.
Le capteur de signal grossier 5 est sensible à la direction du champ magnétique et suivant la position par rapport aux The coarse signal sensor 5 is sensitive to the direction of the magnetic field and according to the position relative to the
huit champs magnétiques (a - h) il fournit huit signaux gros- eight magnetic fields (a - h) it provides eight large signals
1I siers numériques différents. La largeur des champs magnéti- 1I different digital channels. The width of the magnetic fields
ques (a - h) s'étend chaque fois sur une course de réglage ques (a - h) extends each time over an adjustment stroke
partiel de la barre de couplage 2 correspondant à une demi- partial coupling bar 2 corresponding to half
rotation de 180 de la colonne de direction 1. steering column rotation 180 1.
Dans l'exemple de réalisation, la bande magnéti- In the exemplary embodiment, the magnetic strip
que 9 s'étend sur huit champs magnétiques associés à une dou- that 9 extends over eight magnetic fields associated with a double
ble rotation de la colonne de direction 1 dans chaque sens de rotation. L'ensemble de la plage de réglage de la barre de couplage 2 est ainsi subdivisé par la bande magnétique 9 en huit zones de réglage partiel identiques se déplaçant devant le capteur de signal grossier 5, fixe. Dans la réalisation, le capteur de signal grossier 5 se trouve entre les champs magnétiques d et e. Dans chaque position de la transmission ble rotation of the steering column 1 in each direction of rotation. The entire adjustment range of the coupling bar 2 is thus subdivided by the magnetic strip 9 into eight identical partial adjustment zones moving in front of the coarse signal sensor 5, fixed. In the embodiment, the coarse signal sensor 5 is located between the magnetic fields d and e. In each position of the transmission
de direction 4 on peut obtenir immédiatement l'angle de bra- steering 4 you can immediately get the angle of bra-
quage instantané; le signal fin analogique fourni par le capteur de signal fin 11 et le signal grossier, numérique instant caging; the analog fine signal supplied by the fine signal sensor 11 and the coarse, digital signal
fourni par le capteur de signal grossier 5 sont alors combi- supplied by the coarse signal sensor 5 are then combined
nes. Comme le montre la figure 5, la tension nes. As shown in Figure 5, the voltage
d'alimentation des capteurs peut être fournie par un conver- sensor supply can be provided by a converter
tisseur 18 qui reçoit le signal fin de la sortie 13 et le si- weaver 18 which receives the fine signal from output 13 and the
gnal grossier de la sortie 7 des capteurs 10 et 5. Le coarse general of the output 7 of sensors 10 and 5. The
convertisseur 18 est alimenté par les bornes 15, 17 et four- converter 18 is supplied by terminals 15, 17 and four-
nit à sa sortie 16 un signal qui dépend du signal fin et du signal grossier qu'il a reçu; ce signal est appliqué à une installation de traitement telle qu'un système CAN, VA, SCP ou PWM. Le convertisseur 18 peut également assurer l'alimentation des capteurs 5 et 9 avec une tension5 d'alimentation comme cela est indiqué par les bornes 6, 8, 12, 14. Le convertisseur 18 et les capteurs 5, 9 peuvent être réalisés sous la forme d'un appareil qui se monte sur la nit at its output 16 a signal which depends on the fine signal and the coarse signal which it received; this signal is applied to a processing installation such as a CAN, VA, SCP or PWM system. The converter 18 can also supply the sensors 5 and 9 with a supply voltage5 as indicated by the terminals 6, 8, 12, 14. The converter 18 and the sensors 5, 9 can be produced in the form a device that mounts on the
transmission de direction 4.steering transmission 4.
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